智能电动执行器力矩保护控制系统设计

　　无刷直流电动机以其优异的调速性能及力矩和制动的可控性，在电动执行器中得到了广泛的应用。为了防止工程应用中执行器常因电机堵转而损坏控制器和电机，与普通执行器只能在硬件上被动检测力矩是否超限不同，文章采用霍尔电流传感器实时检测相电流，经电流滞环控制，主动限制输出力矩大小，实现在不同负载下的力矩保护。建立了无刷直流电动机控制模型，仿真验证了方案的可行性，同时基于STM32设计了无刷直流电动机驱动控制器，通过实验验证了力矩保护控制性能。

　　引言

　　在工业阀门驱动控制中，传统的电动执行器采用交流电机来驱动，调速性能较差。随着现代电子控制技术和电机控制理论的发展，无刷直流电动机(以下简称BLDCM)以其体积小、重量轻、效率高和控制精度高等优点，在执行器控制领域得到广泛应用。电动执行器应用领域的环境往往比较恶劣，很容易产生堵转，由于电机堵转电流很大，长时间的堵转则会烧坏执行器的控制器和电机，因此如何防止堵转是智能电动执行器控制的关键问题。

　　部分执行器通过电流硬件保护电路检测电机堵转来保护控制器和电机，虽然能在一定程度上解决堵转问题，但却不能适应不同的负载环境。为了解决这一问题，本文实际制作了采用霍尔电流传感器实时检测相电流的BLDCM驱动控制板，设计了电流滞环控制算法精确控制电流。BLDCM的相电流和输出力矩成线性关系，设定电流限幅值即可设定输出力矩幅值，从而实现执行器的力矩保护功能。

　　针对不同的应用环境，安装时只需通过智能电动执行器配套的手操器设定好力矩门限值。执行器在运行时，实时检测相电流，一旦超限则自动限制输出力矩，若长时间超过用户预设定门限值，控制器直接停止BLDCM，以保护阀门和执行器的安全。

　　本文针对智能电动执行器工程应用中遇到阀门堵转问题，采用双闭环控制策略，通过Simulink仿真验证了方案的可行性。提出了完整的硬件设计方案，并编程实现了BLDCM的电流环和转速环双环控制策略，经过实验验证了该方案的转速和电流控制的优良特性，主动限制输出力矩大小，成功解决了堵转导致驱动控制器和电机损坏问题。